基于粒子群算法的汽轮机组回热系统优化设计_李飞.docx
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1、 华北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑 m声明:此处所提交的硕士学位论文基于粒子群货法的汽轮机组冋热 系统优化设计,是本人在导师指导下,在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进 行研究丁 .作所取得的成果。据本人所知,论文中除己注明部分外不包含他人已发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究丁 .作做出茁要 W献的个人和集体,均已在文屮 以明确方式注明。本声明的法律结果将完全山木人承担。 莲于粒子群算法的汽轮机组回热系统优化设计系本人在华北电力大学攻读 硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文 a本论文的研究成果归华北电力大 学所有,本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表 本人完全了解华北电
2、力大 学关于保存、使用 学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和电子版本,同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索,允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学,可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 C请在以上相应方框内打 “ V” ) : 保密 ,在 年解密后适用本授权书 不保密 W 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 导师签名:円期 O. HJ年 月卜 n 国内图书分类号 :TK227. 1 国际图书分类号: 621 学校代码: 10079 密级:公开 专业硕士学位论文 基于粒子群算法的 汽轮
3、机组回热系统优化设计 硕士研究生:李飞 导师:周兰欣 申请学 位:工程硕士 专业领 域:动力工程 培养方式: 全日制 所在学院 :能源动力与机械工程学院 答辩日期 : 2015年 3月 授予学位单位 : 华北电力大学 Classified Index: TK227.1 U.D.C: 621 Thesis for the Master Degree Optimal Design for the Regenerative Heating System of Steam Turbine Unit Based on Particle Swarm Optimization Candidate : Sup
4、ervisor : School : Date of Defence : Li Fei Zhou Lan-xin School of Energy , Power and Mechanical Engineering March, 2015 Degree-Conferring-Institution : North China Electric Power University 回热系统是电厂热力系统的核心,它对全厂的热经济性起着决定性的作用。 因此,对回热系统进行优化设计具有重要意义。 粒子群算法 (PSO)作为近年发展起来的一种新型智能优化算法,以其收敛 快、操作简单日益受到重视。针对基本
5、粒子群算法存在的容易陷入局部最优等 缺点,对算法中的惯性权重引入动态自适应控制机制。建立了通用性核电机组回 热系统优化模型,以某 900MW核电机组为例,首次将 PSO算法应用于核电二 回路给水回热分配优化问题,并同原设计值、平均算法和遗传算法进行了比较 分析。结果表明,该算法具有良好的收敛性能和搜索性能,优化效果均好于其 他方法,验证了 PSO算法在发电设计领域的可行性和优越性。 将太阳能引入到常规燃煤电厂,实现光煤互补发电,成为降低火力发电成 本、减少温室气体排放和缓解能源短缺的一种有效手段。采用 DSG槽式太阳能 集热器,构建了太阳能集热系统集成于回热系统汽侧的通用性热经济性计算框 架,
6、并在此基础上,建立了通用性光煤互补机组回热系统优化设计模型。以某 600MW光煤互补机组为例,将 PSO算法应用于该类型机组给水回热分配优化 问题,并对不同集成方案优化前后的机组热经济和发电成本进行了分析。结果 表明:各集成方案优化后的机组循环热效率较优化前均有不同程度的提高;太 阳能集热器入口水源引自给水栗,出口蒸汽取代第 2段抽汽的方案在优化后的 混合发电成本最低,节能效果最优。 关键词: PSO;核电二回路;光煤互补;发电成本;优化设计 Abstract Regenerative heating system is the core of the thermal system, whic
7、h plays a decisive role for units thermo-economy. So, it has important significance to optimize the regenerative heating system. Particle swarm optimization (PSO) as in the recent years developed a kind of new intelligent optimization algorithm, with its fast convergence and simple operation is beco
8、ming more and more attention. Aiming at the existence of basic particle swarm algorithm easy to fall in local best master faults, dynamic adaptive weight PSO is put forward to improve the inertia weight. A universal nuclear power unit regenerative system optimization model was established, and takin
9、g a 900 MW nuclear power unit for example, PSO was applied to solve the feed-water heating allocation problem of nuclear power units for the first time, and then compared with the original design scheme, average distribution method and genetic algorithm. The calculation result demonstrates that PSO
10、has a better convergence ability and search performance, and is superior to other methods, so the superiority and feasibility of PSO is proved in the power generation design field. Introducing the solar energy into the conventional coal-fired power plants to realize solar-hybrid coal-fired power gen
11、eration is an efficient way to reduce thermal power costs, decrease the green-house gas emissions and alleviate the shortage of energy. The thermal efficiency computing framework of unit that integrating solar heating system into the regenerative system of steam side is constructed, which adopted DS
12、G trough solar collector. And on this basis, a general light coal complementary regenerative system optimization design model is established. Taking a 600MW solar-hybrid coal-fired power plant as an object of study, PSO was applied to solve the feed-water heating allocation problem of this power pla
13、nt, and computing and analyzing the thermal economic efficiency and hybrid generating cost of the unit for different integration schemes. The results demonstrates that: the unit thermal efficiency of all integration schemes have been improved to varying degrees after optimization; the scheme that th
14、e inlet water of the solar collector is quote from feed water pump and using steam at outlet of the heat collection system to replace the second stage extraction steam of turbine has the lowest hybrid generating cost. Keywords: PSO; nuclear power secondary loop; solar-hybrid coal-fired power plant;
15、power generation cost; optimal design ii 目录 m w . i Abstract . II g 录 . HI 第 1章绪论 . 1 1.1课题研究背景及意义 . 1 1.2相关课题研究现状 . 2 1.2.1传统分配方法 . 2 1.2.2智能优化分配方法 . 3 1.3课题主要研究内容 . 5 第 2章粒子群优化算法 . 6 2.1标准粒子群算法 . 6 2.1.1基本理论 . 6 2.1.2适应度函数和参数的设定 . 8 2.1.3粒子群算法流程 . 9 2.1.4粒子群算法特点及应用 . 10 2.2动态自适应粒子群算法 . 10 2.3本章小结
16、. 11 第 3章压水堆核电机组回热系统优化 . 12 3.1核电的发展概况 . 12 3.2压水堆核电二回路系统 . 12 3.3数学模型的建立 . 13 3.3.1基本概念与定义 . 14 3.3.2核电二回路热力系统汽 -水分布方程 . 17 3.3.3建立优化模型 . 18 3.4实例计算 . 19 3.5本章小结 . 24 第 4章光煤互补机组回热系统优化 . 25 4.1我国太阳能资源 . 25 4.2国内外太阳能发电研宄动态 . 26 4.3太阳能集热系统 . 28 4.4光煤互补机组热力系统数学模型 . 29 4.4.1集成方式 . 29 4.4.2汽 -水分布方程 . 31
17、4.5优化模型 . 33 4.6实例计算 . 33 4.7热经济性分析 . 36 4.7.1主要参数指标 . 37 III 4.7.2最佳方案的选取 . 38 4.8本章小结 . 39 第 5章结论与展望 . 41 5.1结论 . 41 5.2展望 . 41 . 43 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 . 47 Ml . 48 IV 华北电力大学硕士学位论文 第 1 章 绪 论 1.1课题研究背景及意义 电力行业在我国经济生产、生活中占据重要地位 W。 自新中国成立以来,我国 电力工业有了巨大的发展, 1949年全国装机容量只有 1.85GW, 发电量只有 4310GW h,经过几代人的努
18、力,截至 2013年底,全国装机容量己经达到 11400GW, 发电量增加到 49400000GW+h,装机容量和发电量由世界第 25位上升到第 1位,人 均用电量达到 3675千瓦时,超过世界平均水平,但与此同时,巨大的成就的背后, 也存在着极其严峻的短板。 首先,我国的电力结构分布极不合理,作为世界上少有的几个以煤电为主的一 次能源国家, 2013年全国火电机组装机容量所占比重大概为 71%,而水利发电装机 容量只占到22%左右,而且由于季节性原因,不能承担主要的供电需求,同时我国 新能源发电比重严重落后 于发达国家。其次,在电力生产过程中,火电机组大量消 耗优质的煤炭资源,而我国一次能源
19、分布又极不均匀,全国五分之四以上的煤炭资 源和水资源分布在我国西、南部地区,而经济发达的东部地区煤炭资源仅占全国的 1%,水电资源不足 6%,与此同时,能源消费的 70%却集中在东部及沿海发达地区, 造成西电东送,北煤南运的格局 2,为此,全国铁路货运能力的 45%和水运总量的 1/3用于煤炭运输,极大的侵占的货运资源。此外,大量化石能源的燃烧又大大加 重了我国的环境污染,尽管采取了脱硫脱销等环保措施, S 2和 N x的排放总量 仍旧十分巨大,环保形势非常严峻。 我国正处于发展的战略机遇期,经济迅猛发展需要电力行业的大力支撑,表 1-1 为用弹性系数预测在 2020年 GDP翻番情况下的电力
20、需求 3。 表 1-1用弹性系数法预测 2020年全国的电力需求 方案类别 电力需求增长率 (%) 电力需求量 (亿 kWh) 装机容量 (亿 kW) 低方案 4.4 51920 11.5 中方案 4.6 55180 12.3 高方案 4.8 58620 13.0 由表 1-1可以看出,今后一段时期内,我国的电力需求将会持续快速增加,而 现实情况是我国近期内煤电的比例难以明显下降,为了能够充分保障各行业的发展 用电需求,以及早日实现国家十二五能源规划中碳排放降低 17%的目标,必须进一 1 华北电力大学硕士学位论文 步大力优化能源结构、减少 C 2等温室气体排放,发展低碳经济。为此,应着力从
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